DE2827418C2

DE2827418C2 - Übertragungssystem für die Übertragung von in binärer Darstellung vorliegenden Telegrammen

Info

Publication number: DE2827418C2
Application number: DE19782827418
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. 6900 Heidelberg Hecht
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-06-22
Filing date: 1978-06-22
Publication date: 1985-06-05
Also published as: CH642797A5; DE2827418A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem für die Übertragung von in binärer Darstellung vorliegenden Telegrammen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Übertragungssysteme finden auf dem Gebiet der Prozeßdatenübertragung und -verarbeitung Anwendung.

Bei flächenmäßig ausgedehnten Prozessen, beispielsweise bei der Energieverteilung, werden die Prozeßinformationen und Stellbefehle zwischen den dezentralisierten, verstreut liegenden Prozeßanlagen und der zentralen Leitstelle zumeist gemäß dem allgemein bekannten Zeitmultiplex-Verfahren über Fernwirkleitungen (= Übertragungsstrecke) übertragen, d. h. der Informationsaustausch erfolgt in Form von Telegrammen, die jeweils eine oder mehrere Informationen beinhalten können.

Die zentrale Leitstelle verfügt über ein Abbild des gewünschten Prozeßablaufes, mit dessen Hilfe der Prozeß überwacht und gesteuert wird. Dieses Abbild des gewünschten Prozeßablaufes ist meist in einer Weise vereinfacht und normiert, daß es die wesentlichen Abläufe klar erkennen läßt und aus der Vielfalt der Anordnungen von einzelnen Prozeßanlagen zueinander die funktionsgemäßen Zusammenhänge vereinfacht darstellt.

Vielfach werden die Prozeßinformationen vor Eingabe in das Abbild bereits sortiert und gruppiert. Es kann dann z. B. eine derartige zeilenweise Ablage in einem matrixartigen Speicher des Abbildes vorgenommen werden, daß in den gleichen Spalten jeweils gleichartige Prozeßinformationen stehen, d. h. die einzelnen Prozeßinformationen werden auf die entsprechend normierten Speicheradressen (Speicherplätze) rangiert.

Wenn dieses Rangieren der Prozeßinformationen auf auf Zeilen und Spalten normierte Speicheradressen bereits vor der Übertragung von einer Prozeßanlage zu der Leitstelle erfolgt, so spricht man allgemein von Telegrammnormierung.

Bei der Telegrammnormierung ist jedoch nachteilig, daß wegen der starren Einhaltung eines vorgeschriebenen Belegschemas eine nicht unbeträchtliche Anzahl von Telegrammadressen ungenutzt bleibt; d. h. die Systemkapazität des Fernwirksystems wird ungenügend ausgenutzt. Desweiteren werden aufgrund der Normierung der Adresse aufspalten und Zeilen des Speichers mehrere Informationen in einem Telegramm übertragen, die gar keine echten Prozeßinformationen darstellen, daher werden die normierten Telegramme länger als eigentlich erforderlich und als Folge davon verlängert sich die Übertragungszeit.
In der Fernwirktechnik besteht im Hinblick auf die Übertragung von zeitkritischen Daten häufig die Aufgabe,

P die Übertragungszeit zu reduzieren. Aus der Siemens-Zeitschrift 51 (1977), Heft 9, Seite 743 bis 745 ist ein Fern-

, ji wirksystem bekannt, bei dem zum Optimieren zeitkritischer Übertragungen unterschiedlicher Telegrammfor-

Iv mate gesendet und auf der Empfangsseite erkannt werden. Unter Telegrammformat wird dabei eine bestimmte

50 Telegrammlänge und Unterteilung in Telegrammteile, wie z. B. Adressenteil, Datenteil, Prüfteil und so weiter

jjf verstanden. Dieses feste Telegrammformat wird bei dem bekannten System für die Übertragung bestimmter

[,■ν Daten zu gunsten einer höheren Übertragungsgeschwindigkeit verlassen, indem durch Programmierung eine

'ft Zuordnung solcher Daten zu verschiedenen Formaten erfolgt. Eine Normierung der zu übertragenden

|i Nachrichten zur Kennzeichnung z. B. nach Art und Ort eines Meßwertes ist dabei jedoch nicht vorgesehen, so

|.i 55 daß für ein vollständiges Verständnis des Nachrichteninhalts eine individuelle Kennung erforderlich ist.

[S; Aus »Lexikon der Datenverarbeitung« Siemens AG, Berlin und München, 1969, Seite 131 ist auch der Begriff

Ά »Dalenverdichtung« bekannt. Gemäß der dort angegebenen Definition wird darunter das Entfernen redundan-

f ter Information verstanden, z. B. um Speicherplatz zu sparen oder zur konzentrierteren Information von Perso-

; ·'■■:■ nen. Dabei wird eine vorliegende Information auf einen für die weitere Verarbeitung wesentlichen Inhalt redu-

; 60 ziert. Bei einer solchen Datenverdichtung ist jedoch nicht vorgesehen, die Information irgendwann wieder in der

ursprünglichen Form darzustellen.

(:' Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungssystem der im Oberbegriffdes Patentanspruchs

genannten Art anzugeben, bei dem eine gegenüber der bekannten Telegrammnormierung reduzierte Übertragungszeit gegeben ist und trotzdem auf der Empfangsseite die Prozeßinformation in der ursprünglichen nor- <i5 mierten Form für die Ablage in einem Speicher mit matrixförmigem Ablageschema zur Verfugung steht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das vorgestellte Übertragungssystem cine schnelle Telegrammübertragung unter guter Ausnutzung der Systemkapazität des verwendeten

Hi; Fernwirksystems ermöglicht. Da der Name des Operators des Operationsgliedes der jeweiligen Unterstation zur

V Zentrale übertragen wird, kann jede einzelne Unterstation eine anders geartete Normierung der Telegramme

i£ vornehmen und trotzdem ist eine gemeinsame Normierung aller Telegramme in der zentralen Leitslelle

■i;i| möglich.

V? Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung

|| ist das Prozeßsystem dargestellt, bestehend aus einer zentralen Lcitstelle 1 mit matrixartigeni Speicher 2 und

'$ Operationsglied 3 und bestehend a ;s drei Prozeßanlagen 4 mit Operationsgliedern 5. Die Übertragungsstrecke

'% ist mit 6 bezeichnet.

|i; Jede der Prozeßanlagen 4 leitet einzelne Prozeßinformationen zur zentralen Leitstelle 1, die dann den gesättigt ten Prozeßablauf in koordinierter Weise steuert bzw. regelt. Jede dieser Prozeßinformationen entspricht dabei % einem individuellen Zustands-Abbild der entsprechenden Prozeßanlage 4.

<0 Um eine koordinierte Steuerung bzw. Regelung des gesamten Prozeßsystems zu ermöglichen, werden die ein-

K zelnen Prozeßinformationen in gezielter Weise dem matrixartigen Speicher 2 der zentralen Leitstelle 1 zuge-

; führt, d. h. jede individuelle Prozeßinformation einer jeden individuellen Prozeßanlage 4 wird in einer ganz

is bestimmten Zeile und Spalte des matrixartigen Speichers 2 gespeichert. Aus diesem Grund enthalten die von

ρ einer Prozeßanlage 4 zu der zentralen Leitstelle 1 abgesendeten Telegramme neben der Prozeßinformation auch

g| eine Adresse. Die Summierung aus Prozeßinformation und Adresse eines Telegrammes wird nachfolgend stets

s| als Nachrichteninhalt bezeichnet. Da die Telegramme ausschließlich in binärer Darstellung vorliegen, wird die

If Telegramm-Belegung mit mehreren Binärzeichen nachfolgend auch als Bitmuster bezeichnet.

IJi; Die Operationsglieder 5 der Prozeßanlage 4 haben den Zweck, mittels eines Operators eine umkehrbar ein-

f: deutige Umwandlung von in der Prozeßanlage 4 erstellten, eventuell normierten Telegrammen in verdichtete

:v Telegramme zu bewerkstelligen, während das Operationsglied 3 mittels eines Operators die in der zentralen

;_; Leitstelle 1 ankommenden, verdichteten Telegramme in normierte Telegramme umwandelt. Die Operations-

;; glieder 3 und 5 ermöglichen also eine umkehrbare eindeutige Umwandlung der Bitmuster von individuellen

t.-j Zustands-Abbildern einer Prozeßanlage 4 in normierte Bitmuster und umgekehrt. Diese Umwandlung erfolgt

μ mit Hilfe geeigneter Operatoren, die, auf das individuelle Bitmuster angewandt, das normierte Bitmuster

','■■■ ergeben, und umgekehrt.

, Die Normierung, die in den einzelnen Prozeßanlagen 4 durchgeführt wird, kann dabei von anderer Art und

i; verschiedenem Umlang sein, wie die in der zentralen Lcflstelle 1 erfolgende Normierung

ύ Dies wird verständlich, wenn berücksichtigt wird, daß eine in einer Prozeßanlage 4 durchzuführende Normie- m\

; rung nur einen Teil der im Prozeßsystem erstellten Telegramme betrifft, während eine in der zentralen Leit-

\ stelle 1 erfolgende Normierung die Telegramme aller Prozeßanlagen 4 des Systems betrifft. Als Folge davon kön-

>;: nen auch die den Operationsgliedern 5 der Prozeßanlagen 4 zugeordneten Operatoren verschieden sein Der

I₁; dem Operationsglied 3 der zentralen Leitstelle 1 zugeordnete Operator kann ebenfalls unterschiedlich zu einem

Operator eines Operationsgliedes 5 einer Prozeßanlage 4 sein.

Nachfolgend wird nun die Umwandlung eines verdichteten Telegramms in ein normiertes Telegramm beschrieben. Diese Umwandlung findet nach erfolgter Übertragung des verdichteten Telegramms im Operationsglied 3 der zentralen Leitstellc 1 statt und ermöglicht das zeilen- und spaltenrichtige Einsortieren der Prozeßinformation des normierten Telegramms in den normierten matrixartigen Speicher 2 der zentralen Lcitstelle 1. _w

Die Umwandlung soll dabei beispielsweise multiplikativ entsprechend der Gleichung:

«•0-8 ₍₁₎

erfolgen, wobei mit Sl das verdichtete Telegramm, mit 93 das normierte Telegramm und mit *j der Operator des 4< Operationsgliedes 3 bezeichnet sind.
Das verdichtete Telegramm 91 hat dabei die Form:

91= a,„ ... a-, a.

«= b

5(1

wobei meine beliebige ganze Zahl ist und die Anzahl der Binärzcichen (Speicherplätze) ο, α, a- a desverdichteten Telegrammes 91 angibt.

Das normierte Telegramm 5^ hat die Form:

wobei η eine beliebige ganze Zahl ist und die Anzahl der Binärzeichen b_u b,. b,... b„ des normierten Telegrammes 5? angibt. Eiahei gilt η > m.
Der Operator O weist schließlich folgende Form auf:

ο-, υ

IO

20

wobei / eine beliebige ganze Zahl ist und die Anzahl der Binärzeichen o,, o₂, o_y... o, des Operators O angibt. Aus Gleichung (1) bestimmt sich der Operator O zu:

Si Sl

Das verdichtete Telegramm ?( und das normierte Telegramm 5)sind dabei vorgesehen und können als Binärzahlen (Dualzahlen) interpretiert werden. Der aus Sl und S zu bildende Operator O läßt sich dabei ebenfalls als Binärzahl (Dualzahl) gewinnen und als Telegramm (Bitniustcr) interpretieren. Es gilt also unter Berücksichtigung von Gleichung (2):

wobei / = Laufindex (/ = 1 ... /, bzw. / = Der Operator D hat demnach die Form

1 ... /i, bzw. i = \ ... m).

Nachfolgend soll z. B. das verdichtete Telegramm 91 einer individuellen Prozeßanlage 4 aus vier Bit bestehen, wobei jedes Bit mit einer binären Prozeßinformation belegt ist. Das normierte Telegramm ©soll aus zwölf Bit bestehen, wobei jedes Bit generell für eine bestimmte binäre Prozeßinformation vorgesehen ist (die aber nicht alle in ?l enthalten sind).

Der Operator O bestimmt sich gemäß Gleichung (2) bzw. (3), wobei SB bewußt so gewählt ist, daß es durch SJ ohne Rest geteilt werden kann. Dies hat den Vorteil, daß C ganzzahlig wird. Wenn 93 durch ?l nicht ohne Rest teilbar wäre, müßte Si durch Umgruppierung oder SB oder gegebenenfalls Sl durch Einfügen von Leerplätzen, d. h. von Bits, die nicht mit Informationen belegt werden sollen, so verändert werden, daß der Operator O ganzzahlig wird.

Da das verdichtete Telegramm Sl voll mit Prozeßinformationen belegt ist, lautet sein Adreß-Schema Sl,,,,,:

Sl

1

Das zu

Sl,

1

gewählte normierte Adreß-Schema SB₁,,,,. des normierten Telesrammes 33 lautet:

-15

SB<,,, =000010010110

Mit Hilfe der Gleichung (3) berechnet sich der Operator O unter Berücksichtigung von

ΓΙ =

1

0

1

0

Umgekehrt läßt sich mit Hilfe eines einmal gewählten und dann beibehaltenen Operators 0 stets das Adreß-Schema SB₄,,, im normierten Telegramm SB für das Adreß-Schema Sl₄,,, eines verdichteten Telegrammcs 91 wi bestimmen gemäß

Die im verdichteten Telegramm 91 abgespeicherten Prozeßinformationen %_v„ sind nun sequentiell in das (i5 normierte Telegramm SB zu übertragen, und zwar in diejenigen Speicherplätze b\... b„, die durch eine 1 gekennzeichnet sind.
9l,„,„ wird dabei beispielsweise angenommen zu:

«/„,., = 0110

Die Berechnung von S,,,,,, (= im normierten Telegramm S? enthaltene Prozeßinformation) erfolgt nach der Gleichung

wobei

I y$A<ir\ = ^A,ir iⁿ Matrix-Darstellung
I ^w,, I ^{= s}^/ii/„ in Matrix-(bzw. Vektor-)Darstellung
I "/.ι/« I ⁼ "/«/« iⁿ Matrix-(bzw. Vektor-)Darstellung
Zur Bildung der Matrix | ^_Adr | aus dem normierten Telegramm-Adreß-Schema 1$_A,ir ^w'

v=0000100101

in seine Summanden entsprechend den dezimalen Zweier-Potenzen aulgespaltet, also

■-' AiIr*	+	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	I	0	0	0	0	0	0	0	0	1

+

+

10

M)

und daraus die Matrix | 5?λλΙ gebildet:

I*,* I =

10 0 0 0 0 0 0

0 0 0 10 0 0 0

0 0 0 0 0 10 0

0 0 0 0 0 0 10

Danach wird | 5J^ _rf, Igemäß Gleichung (7) multipliziert mit der gesuchten Matrix (bzw. Vektor)!??/,,,,, |33/„,„ !definiert ist zu

, wobei

(8)

.V₇

X(,

Xs

-Vj

-V-, -Vl -Vl

-V₀

Das Produkt 11&_Adr | \ ©/„,„ | wird gemäß Gleichung (7) der Matrix (bzw. Vektor) | ?l/„„, | gleichgesetzt, wobei ?l/„/„ j hier im Beispiel gewählt ist zu

0 1 1 0

Mit Hilfe der Gleichung (7) ergibt sich

-10

45

50

60

65

iJP-3
Ψ&

	O 1 1
	1 O

.V₇
V₄
.Vi -Vl Vn

1 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 10 0 0 0

0 0 0 0 0 10 0

0 0 0 0 0 0 10

Aufgelöst ergibt sich hieraus das Gleichungssystem:

I) \.X- + OX, + 0..V₅ + OX + OX + 0.Af₂ + 0.Af₁ + O.A„ = 0

II) 0.*- + 0.X₁, + OX + IX + OX + 0.X₂ + 0.X₁ + 0.Af₁, = 1 III) 0.Af- +0.A-,, + OX +0.Af₄ + 0X + 1.Af₂ + 0.Af, + 0. X₁₁ = 1

IV) 0.Af- + O.Af„ + OX + OX + 0.Af, + 0.Af₂ + 1..V₁ + 0.Af₁, = 0

aus I) ergibt sich X- = O

aus II) ergibt sich A'₄ = 1

aus III) ergibt sich X₂ = O

aus IV) ergibt sich ΑΊ = O

und hieraus wird der 8dimensionale Vektor erhalten
0

-Vh

-V;
1

-Vi) I

|8/„;„ I weist eine 4lache Lösungsmannigfaltigkeit auf, da für X₁,, A'₅, X> und A'„ beliebige Zahlen eingesetzt werden können.
Daher kann aber willkürlich eingesetzt werden:

A-,, α o, X₅. a 0, Xy a 0, X_u a 0,

d. h. die verbleibenden Unbekannten sind gleich 0 zu setzen und es wird ein Lösungsvektor IS3/,,,,, I = |0 0 0 1 0 1 0 0|

gewonnen. Das sich ergebende normierte Telegramm 8,„,„ ist durch Vorsetzen von Nullen auf die verlangte Länge (hier 12 Bit) zu ergänzen, d. h. es ist rechtsbündig in das Schema einzuordnen. Es ergibt sich

„„, =^000000 1 j 0 100

Damit stehen die Prozeßinformationen aus dem verdichteten Telegramm Sl im normierten Telegramm S3 für die Weiterverarbeitung zur Verfügung, wobei die Sequenz des Nachrichteninhaltes des verdichteten Telegrammes 91 beibehalten wurde und das erhaltene Telegramm S ein in der Bitbelegung und Länge normiertes Bitmuster enthält.

Es ergibt sich z. B. mit

ein

„. = 0 1 1 0

Zusammenfassend lautet also die vollständige Vorschrift lur die Umrechnung des verdichteten Tclegrammes ?l in das normierte Telegramm S unter Berücksichtigung der Gleichungen (6) und (7)

la,,/,· ο|·|e_/(I/„ι = !«,„,„ι (9,

Der Operator O dient also erst einmal der Umrechnung der Telegramm-Adressen, d. h. der Telegrammbelegung. Der Übertrag der Informationen aus dem verdichteten in das normierte Schema erfolgt dann mittels eines linearen Gleichungssystem mit der aus der Unterschiedlichkeit der Längen des verdichteten und normierten Telegramms sich ergebenden Lösungsmannigfaltigkeit, von der die eine Lösung herausgegriffen wird, bei der die verbleibenden Unbekannten (hier X_b, X_s, Λ\, X₀) gleich Null gesetzt werden. Der Eintrag der Ergebnisse (der Einsen) in das leere Bitmuster auf die errechneten Plätze (errechnet sind die betreffenden Binärstellen des dualen Zahlensystems, die mit den entsprechenden Bitpositionen des Musters identisch sind) erfolgt durch Austausch der betreffenden Bits in dem aus lauter Nullen bestehenden Bitmuster des leeren Telegrammschemas.

Die eben beschriebene Umwandlung eines verdichteten Telegramms Sl in ein normiertes Telegramm 23findet wie bereits erwähnt nach erfolgter Übertragung des verdichteten Telegramms Sl im Operationsglied 3 der zentralen Leitstelle 1 statt. Das normierte Telegramm 25 wird nach erfolgter Umwandlung im matrixartigen Speicher 2 abgespeichert.

In analoger, jedoch umgekehrter Weise findet eine Umwandlung eines in einer Prozeßanlage 4 normierten Telegramms 25' in ein verdichtetes Telegramm Si in jedem der Operatiop.sglieder 5 der einzelner! Prozeßanlagen 4 zum Zwecke der Übertragung über die Übertragungsstrecke 6 statt.

Bei beispielsweise 20 verschiedenen Prozeßanlagen 4 in einem Prozeßsystem mit einer zentralen Leitstelle 1 (/.. B. 20 verschiedenen Abzweigtypen in einem Netzeines Energieverteilungsprozesses) sind 20 verschiedene Operatoren O für die Normierung nötig. Jede der einzelnen Prozeßanlagen 4 weist dabei einen individuellen Operator Oauf. Deshalb ist es vorteilhaft, daß das Operationsglied 5 jeder Prozeßanlage 4 dem zu übertragenden verdichteten Telegramm Si den »Namen« des individuellen Operators O hinzurügt. Somit steht dem Operationsglied 3 der zentralen Leitstelle 1 nach erfolgter Übertragung des verdichteten Telegramms SI gleichzeitig ein »Schlüssel« zur Umwandlung des verdichteten Telegrammes Sl in das normierte Telegramm 5? zur Verfügung. Mit Hilfe des mit übertragenen »Namens« des individuellen Operators C bestimmt bzw. entnimmt das Operationsglied 3 der zentralen Leitstelle 1 den für die Umwandlung nötigen Operator O aus einer der Leitstelle 1 vorliegenden Liste aller individuellen Operatoren O.

Das erfindungsgemäße Übertragungssystem setzt eine in jeder Prozeßanlage 4 durchzuführende Normierung eines Telegrammes jedoch nicht voraus. Es ist auch der Fall denkbar, daß ein normiertes Telegramm 25' in einer Prozeßanlage 4 erst gar nicht erstellt und für die Übertragung verdichtet wird sondern, daß das Telegramm so zunächst nur in verdichteter Form erstellt und übertragen wird. Der Fall tritt insbesondere dann auf, wenn ein normiertes Telegramm 25' in der Prozeßanlage 4 selbst nicht für andere Zwecke (z. B. für Verriegelungsaufgaben in einem Abzweigtyp eines Energieverteilungsprozesses) benötigt wird.

Das erfindungsgemäße Übertragungssystem setzt desweiteren nicht zwingend voraus, daß jedes in der zentralen Leitstelle 1 ankommende verdichtete Telegramm Sl mittels des Operationsgliedes 3 zu einem normierten Telegramm ?5 umgewandelt wird. Es kann vielmehr auch lediglich von Fall zu Fall eine Normierung erfolgen. Dann werden die empfangenen verdichteten Telegramme Sl zunächst in verdichteter Form gespeichert und die Normierung wird danach im für die Weiterverarbeitung gerade benötigten Informationsumfang vorgenommen. In diesem Fall ist der matrixartige Speicher ggf. auch von der Art eines virtuellen Speichers.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Übertragungssystem für die Übertragung von in binärer Darstellung vorliegenden Telegrammen zwischen mehreren Unterstationen und einer zentralen Leitstelle, wobei die Unterstationen und die zentrale Leitstelle mittels einer Übertragungsstrecke miteinander verbunden sind und zur Verdichtung eines Telegrammes der Datenbestand auf einen für die weitere Verarbeitung wesentlichen Inhalt durch Weglassen überflüssiger Informationen durch mathematische Operationen reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Telegramme durch Hinzufügen von Leerstellen auf Zeilen und Spalten eines matrixartigen Speichers der zentralen Leitstelle (1) normierbar sind, daß sowohl die Unterstationen (4) als auch die zentrale Leitstelle (1) Operationsglieder (5,3) zur Verdichtung bzw. Dehnung der normierten Datensätze durch Wegnahme bzw.

Einfügen von Leerstellen vor bzw. nach ihrer seriellen Übertragung über die Übertragungsstrecke (6) aufweisen, daß gemeinsam mit dem verdichteten Telegramm auch der Name des Operator des Operationsgliedes (S) der jeweiligen Unterstation (4) zur zentralen Leitstelle (1) übertragen wird, und das Operationsglied (3) der zentralen Leitstelle (1) zur Umwandlung des verdichteten Telegrammes in ein gedehntes normiertes Telegramm den entsprechenden Operator aus einer der zentralen Leitstelle (1) vorliegenden Namen-Liste entnimmt.